基于嵌入式操作系统Vx Works的图形界面开发

第17卷第2期2003年04月　华　东　船　舶　工　业　学　院　学　报(自然科学版)

Journal of East China Shipbuilding Institute(Natural Science Edition)

　

Vo1117No12

Apr.2003

文章编号:1006-1088(2003)02-0040-05

基于嵌入式操作系统VxWorks的图形界面开发

袁　渊,曾文火

(华东船舶工业学院机械系,江苏镇江212003)

摘　要:主要阐述了利用嵌入式操作系统VxWorks的图形开发组件WindML(Wind Medial Library)进

行图形界面开发的相关技术,并且总结出了程序设计的总体框架以及一些在实际编程中遇到的问题的

解决方法,实现了WindML功能的扩展。

关键词:嵌入式;界面开发;软件开发工具箱

中图分类号:TP316 文献标识码:A

0　引　言

嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合后的产物,今天嵌入式系统带来的工业年产值已超过1万亿美元。很显然,嵌入式系统中的操作系统是整个系统的核心部分,操作系统性能的各项性能指标直接影响到整个系统的性能。VxW orks作为现在性能最优秀的嵌入式操作系统,不论是在可靠性、实时性、可裁减性方面,还是在开放性、易用性等方面,它的性能指标都位居同类产品前列[1]。为了尽量减小嵌入到实际系统中运行内核的大小,一般的嵌入式系统不提供图形界面。但是,为了提高系统的易用性,VxW orks提供了一个图形开发组件WindML,利用它可以更快、更简单地开发出资源消耗更小的图形界面。本文主要利用WindML解决了嵌入式系统一般图形开发中所遇到的问题,对个别实现中的关键技术进行了详细阐述,并且总结出了图形界面开发的一般流程。本文只是对WindML的其中软件开发工具箱(SDK)部分进行了详细地阐述,其它只是简单介绍。

完成本文所依托的软硬件调试环境如下:

主机:Windows98,Tornado;C466,PC2Link network card,etc.

目标机:VxWorks;PC486,N E2000compatible network card,etc.

1　VxWorks概述[2]

VxWorks操作系统是美国Wind River公司于1983年设计开发的一种嵌入式实时操作系统(R TOS),良好的持续发展能力、高性能的内核以及友好的用户开发环境,使其在嵌入式实时操作系统领域逐渐占据一席之地。它十分灵活,具有多达1800个功能的强大的应用程序接口(API);它适用方面广,可以适用于从最简单到最复杂的产品设计;它可靠性高,可以用于从防抱死刹车系统到星际探索的关键任务;它适应性强,可以用于所有流行的CPU平台。

VxWorks嵌入式实时操作系统包括微内核Wind、高级的网络支持、强有力的文件系统和I/O管理、C++和其它标准支持等核心功能。这些核心功能还与Wind River公司的其它产品以及320个Wind River公司的合作伙伴的产品联合使用。由于本文中嵌入式实时操作系统VxWorks不是重点论收稿日期:2002-08-30

作者简介:袁　渊(1977-),男,江苏常州人,华东船舶工业学院硕士研究生。

述的,因此,它的特点、功能及主要结构的具体内容参见参考文献[1]。

)2　Tornado 及WindML 概述

1)Tornado 概述

Tornado 开发环境是嵌入式实时领域里最新一代的开发调试环境,是实现嵌入式实时应用程序的完整的软件开发平台,是交叉开发环境运行在主机上的部分,是开发和调试VxWorks 系统不可缺少的组成部分。Tornado 是集成了编辑器、编译器、调试器于一体的高集成度的窗口环境,给嵌入式系统开发人员提供了一个不受目标机资源限制的超级开发和调试环境。

Tornado 允许开发者增量地将目标模块加载到目标机上去,这种动态的链接和加载功能是Tornado 系统的核心功能,可以使开发者省去通常的开发步骤:在主机上将应用程序与内核链接起来,然后将整个应用程序下载到目标机上去。这样,编辑-测试-调试的周期就会大为缩短;而且,所有的模块都是共享的,主机上的应用程序也不需要重新链接,所以,加载目标模块到运行中的VxWorks 目标机中以达到调试和重新配置的目的成为可能[2]。

图1描述了Tornado 主机工具与目标机的交互关系,Tornado 集成开发环境(IDE )主要包括以下几个部分[3]:

图1　Tornado 主机工具与目标机的交互关系Fig.1　Interactive relation between tornado host tool and target ①集成的源代码编辑器(Editor ),不支持汉字输

入;

②工程管理工具(Project );

③集成的C 及C ++编译器和make 工具;④浏览器(Browser ),用于收集可视化的资源,

监视目标机;

⑤CrossWind ,图形化的增强调试器;

⑥WindSh ,C 语言命令外壳,用于控制目标机;

⑦VxSim ,集成的VxWorks 目标仿真器;

⑧WindView ,集成的软件逻辑分析仪;⑨可配置的各种选项,可改变Tornado GU I 的外观等。

2)WindML 概述[4]

WindML 提供了对运行在嵌入式系统上的多媒体应用程序的支持,它提供了独立于多种操作系统的基本图形、视频和音频技术,以及用来开发可定制的标准化设备驱动程序的框架。并且,WindML 提供了一系列工具用来处理来自输入设备的设备和过程事件。以上这些功能绝大部分都由WindML 提供的API 来完成。

WindML 由两个部分组成:软件开发工具箱(SD K )和硬件开发工具箱(DD K )。

①SD K 用来开发应用程序,在图形、输入处理、多媒体、字体和内存管理等方面,提供了全面的API ,并且允许开发者在不同的硬件平台下完成独立于硬件的简单代码。SD K 定义了应用代码与底层硬件驱动之间的接口,因此,应用程序可以独立于硬件进行开发。SD K 的具体内容将在下面的小节给出。

②DD K 用来完成驱动程序的开发,它提供了一系列完整的通常硬件配置情况下的驱动程序参考,以及一系列能使开发者迅速开发出驱动程序的API 。DD K 具有可扩展性和可定制性。DD K 是SD K 与硬件之间的中间层,直接与应用对象的硬件设备(包括显示器、视频、音频、键盘和鼠标等)相连接。3　图形界面开发技术

1)程序总体框架

几乎所有实际应用方面的编程都有一个框架可以遵循,利用WindML 的图形开发也不例外。虽1

4第2期 袁　渊:基于嵌入式操作系统VxWorks 的图形界面开发

然,它限制了一些有个性和特色的程序的出现,但它毕竟能够减少编程时的错误,而且能够提高编程的效率。下面将给出图形开发设计的总体框架:

①对程序进行初始化,即调用ugl Initialize ,完成U G L (Universal Graphics Library )初始化。

②设备驱动装载(uglDriverFind ),包括显示、字体、指针、事件处理、声音、框架等。

③初始化其它信息,包括主窗口设置(winCreate 、winRoot Set )、事件路由创建(winEvent Router 2Create )等。

④创建图形环境变量(ugl G cCreate ),初始化颜色并分配预定义的R G B 值(uglColorAlloc ),创建指针、画背景等(非必要)。

⑤利用一个无限循环(U G L FOREV ER )构成事件处理主机制

。这一步是程序的关键所在,所有的交互(鼠标、键盘、视图等)过程都由它来产生或完成,而所有的消息都由winEvent G et 或ugl Event G et 得到;循环只有在接收到特定的命令时才跳出,执行下面的内容。

⑥完成对所有资源的释放,并退出。这里指的所有资源不仅包括前面初始化时用到的和创建的资源,而且包括一些用到的指针变量(比如,字符串指针)。少释放了任何资源,都将导致内存泄漏,最终将导致不可预料的严重后果。

2)扩展功能的实现

在实际编写程序时,总会遇到这样或那样的问题,有些可以通过已定义的功能函数来解决,而另一些不能直接解决的,通常会编写一段程序对现有功能进行扩展(利用已有的函数,通过特定的算法,完成特定功能)。

图2　自动隐藏流程图

Fig.2　Flow chart of automatic turning off ①指针延时自动隐藏

通过循环读取事件队列中的事件信息,对类型是指针

的事件进行处理来完成鼠标消息的响应。但是,在此之前

必须对鼠标指针的位置、图像以及大小等进行初始化,并将

其显示在显示器上。然后,在事件处理时,如果通过函数

ugl Event G et 得不到事件信息,即该函数返回状态为U G L

STA TUS Q EMPT Y 时,若此时满足某特定条件,或者说

系统已经空闲一定时间,那么,程序将调用函数uglCurso 2

rOff 隐藏指针,直到有鼠标事件进入事件队列并被得到时,

调用函数uglCursorOn 显示指针。具体流程见图2。

②窗口互锁

窗口互锁就是要求整个屏幕中最多只有一个窗口显示,要想显示另一个窗口必须在该窗口关闭后才能进行。

WindML 组件自身没有提供这种互锁功能,组件中的窗口可以重叠、嵌套,理论上,只要系统提供的资源足够,那么屏幕上可以显示无限个窗口。

一般来说,窗口的显示都是由满足某一条件的鼠标事件的响应所激发的。这样,由于WindML 自身的特点,屏幕上很有可能同时显示了多个相同或不同的窗口,这显然不是所想要的。为了能使窗口互锁,为每个窗口创建一个任务,该任务调用的函数包括窗口的初始化、显示、事件处理以及关闭。同时,定义一个全局变量t Win =0,每次处理鼠标事件时判断t Win 是否为0。如果为0,则调用函数taskSpawn 产生相应的窗口,同时令t Win 等于函数taskSpawn 调用后的返回值,只要该任务调用成功,那么t Win 就不会为0;如果不为0,则令事件得不到任何响应。在当前窗口任务调用的函数的最后,令t Win =0,则当当前窗口关闭时,t Win =0,也就是相当于解除了窗口互锁,此时系统可以响应创建窗口的事件。这种处理机制很像资源互斥机制,一旦某个窗口占用了该资源(即t Win 不为0),其它产生窗口的任务就必须等待资源,此时一切关于窗口的事件响应全部忽略,只有在该窗口释放了资源(即t Win =0)时,此时事件响应中关于窗口的任务才能有机会得到资源而创建窗口。具体流程见图3。

③屏幕取词技术

24 华东船舶工业学院学报(自然科学版)2003年

图3　窗口互锁流程图Fig.3　Flow chart of windows

locked each other 在WindML 组件中,所有的图像、文字、窗口等都是以像素的形式画

到显示设备上的。因此,一旦将对象绘制到显示设备上,就不可能用给定

的函数得到某个区域中的对象。这样,如果需要用户输入信息,然后再得

到这些信息时,问题就出现了。用户输入信息可以通过响应键盘事件,然

后刷新相应显示区域来完成,但此时得到相应显示区域内的信息就十分棘

手了,因为WindML 组件中没有提供实现该功能的函数。现在就必须对

WindML 进行功能扩展以实现屏幕取词功能。

首先,规定需要用户输入的内容放在某个窗口中完成,其中该窗口是

一个任务产生的,并且不失一般性,假定要求用户输入的内容不止一个,但

也不超过十个,多个内容按上下顺序排列。其次,规定在窗口中指针点击

O K 键完成取词功能,点击CANCL E 键不取词。第三,假定键盘事件只响应‘0’～‘9’数字键、‘.’键以及上下左右四个方向键,其中数字键和点键为

用户输入信息用,上下键用来在多个内容之间进行切换,左键用来删除当前行的最后一个字,右键用来删除当前行。第四,所有的动态更新数据存放在字符串数组指针3buf [10]中,并在关闭窗口前释放它(U G L FREE (BU F ))。具体流程见图4。

图4　屏幕取词流程图

Fig.4　Flow chart of getting words on screen

④按键功能仿真技术

WindML 组件中不存在像按钮这些类似的控件,所以,要实现Windows 中的各种控件功能,要么购买Wind River 公司提供的Zinc 组件,要么就利用WindML 现有的功能仿真实现。现以按钮控件为例,说明如何利用WindML 实现按键功能。首先,必须完成按钮的外观设计:初始时先用一种颜色在规定的区域内绘制一矩形框,并在框内写字以完成一按钮抬起时的状态;当指针点击该区域,必须要仿真出按钮被按下的状态,此时只要以另一种颜色重画该区域并重新写字即可。其次,必须通过程序知道什么时候指针点击了该区域,这时可以利用宏U G L PO IN T IN RECT (point ,rect )来判断。在鼠标左键被按下时,可以通过事件得到当前指针的位置(x ,y ),令point.x =x ,point.y =y ,如果point 在给定的rect 范围(上述规定区域)内,则宏返回U G L-TRU EU ,否则返回G L-FAL SE 。这样就实现了按键功能的仿真,由于整个流程较简单,这里就不给出流程图了。

4　结　论

综上所述,嵌入式实时操作系统VxWorks 的图形开发组件WindML 在图形界面开发中的功能还是十分强大的,但是由于它的开发功能十分底层,因此一些Windows 中常见的功能没有直接的函数或功能块实现。然而也正是因为它十分底层,可以通过一定的算法对WindML 的功能进行扩展以完成所34第2期 袁　渊:基于嵌入式操作系统VxWorks 的图形界面开发

需功能的实现。总体而言,WindML 组件功能强大但不完善,并且编写的代码量较多。但在嵌入式领域中,强调实时性及资源消耗最小的同时能实现如此功能已经是十分优秀了

参考文献:

[1]　孔祥营,柏桂枝.嵌入式实时操作系统VxWorks 及其开发环境Tornado[M ].北京:中国电力出版社,2002.

[2]　VxWorks Programmer ’s Guide 5.4[Z].USA :Wind River S ystems Inc ,19991

[3]　Tornado User ’s Guide[Z].USA :Wind River Systems Inc ,19991

[4]　WindML Programmer ’s Guide 2.0Beta -2[Z].USA :Wind River S ystems Inc ,19991

Development of G raphical Interfaces B ased on Embedded System VxWorks

Y UA N Y uan ,ZEN G Wen 2huo

(Dept.of Mechanical Eng.,East China Shipbuilding Institute ,Zhenjiang Jiangsu 212003,China )

Abstract :Discusses the correlative technique of graphics interface development that utilizes graphics devel 2opment module WindML in embedded system VxWorks.Finally ,basic frame of program designing and method of solving actual problems are summarized ,and WindML function extension is realized.

K ey w ords :embedded ;interface development ;software development kit (SD K )

(责任编辑:邵仁蔚)

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